Pembelajaran abad 21 menuntut siswa memiliki 4 keterampilan, salah satunya adalah kemampuan berpikir kritis. Berdasarkan hasil analisis kebutuhan kemampuan berpikir kritis siswa kelas X SMA N 1 Boja menunjukkan skor rata rata persentase sebesar 45% yang masih dianggap kurang kritis, hal itu dikarenakan proses pembelajaran yang belum maksimal. Berdasarkan wawancara dengan guru biologi menyatakan bahwa modul ajar yang saat ini digunakan untuk proses pembelajaran masih belum maksimal, oleh karena itu peneliti memberikan solusi dengan mengembangkan modul ajar berbasis Project Based Learning yang diharapkan dapat memberdayakan kemampuan berpikir kritis siswa. Penelitian ini menggunakan model pengembangan 4D yang terdiri dari tahap pendefinisian (define), tahap perancangan (design), tahap pengembangan (develop) dan tahap penyebaran (disseminate) yang dikembangkan oleh Thiagarajan, Semmel, dan Semmel (1974). Tahapan disseminate yang merupakan tahapan penyebaran tidak dilakukan. Modul ajar yang dikembangkan memuat 3 poin inti, yaitu informasi umum, kompetensi inti, dan lampiran yang memuat materi ajar, lembar kerja siswa, assesmen, glosarium, dan daftar pustaka. Uji validitas dilakukan oleh ahli perencanaan pembelajaran, ahli materi dan guru biologi. Hasil analisis validasi dari ahli perencanaan pembelajaran adalah 79% (valid), sedangkan dari ahli materi diperoleh nilai 88% (sangat valid), adapun penilaian dari guru biologi adalah 79% (valid) dan tanggapan dari peserta didik kelas XB dan XH yang berjumlah 33 responden memperoleh nilar rata-rata dengan presentase 78% (valid) yang artinya modul ajar ini sangat valid dan layak digunakan dengan hasil rata-rata 81%.